Možgani potrebujejo sladkorje: nevroni delujejo skoraj izključno na glukozo, zato je treba zagotoviti stalno dobavo tega sladkorja. Možgani porabijo približno 120 g glukoze na dan, medtem ko dnevna potreba celotnega organizma znaša približno 200 g.
V našem telesu je približno 100 g glukoze shranjeno v obliki glikogena v jetrih, nadaljnjih 5-10 g najdemo v bioloških tekočinah, medtem ko je približno 200-300 g shranjenih v mišicah, vedno v obliki glikogena. Za zagotovitev neprekinjene dobave glukoze tkivom, ki jo potrebujejo, se uporablja strategija, ki manj mobilne molekule pretvori v glukozo: glukoneogeneza.
Glukoneogeneza je proces sinteze glukoze, ki temelji na predhodnikih brez ogljikovih hidratov:
- mlečna kislina: proizvedena z anaerobno glikolizo
- aminokisline *: izhajajo iz prehrane ali razgradnje strukturnih beljakovin
- glicerol: pridobljen s hidrolizo trigliceridov
Glukoneogeneza je bistvena za zagotovitev ustrezne oskrbe z glukozo v tkivih, neodvisnih od insulina (možgani, rdeče krvne celice in mišice med intenzivno telesno vadbo).
Glukoneogeneza, ki poteka v številnih tkivih in zlasti v jetrih, postane bistvena med postom, ko se izčrpajo telesne zaloge ogljikovih hidratov.
* Od različnih glukoneogenetskih aminokislin (vključno z glutaminsko in asparaginsko kislino, alaninom, cisteinom, glicinom, prolinom, serinom, treoninom) ima alanin, sproščen iz skeletnih mišic, prevladujočo vlogo (glej cikel glukoza-alanin).
Glukoneogeneza se začne s piruvatom in je v veliki meri obratna stran glikolize.
Možgani:
- v normalnih pogojih uporablja samo glukozo;
- v primeru daljšega posta (2-3 dni) vedno bolj izkorišča energijske lastnosti ketonskih teles;
- ko imate takojšen post (med obroki), po izčrpanju zalog ogljikovih hidratov uporabi glukozo, ki izhaja iz aminokislin, pridobljenih s hidrolizo strukturnih beljakovin: proteazni encimi razgradijo beljakovine v aminokisline, ki nato z delovanjem encimov transaminaz se pretvorijo v alfa-keto kisline, ki se nato uporabijo za nadomestitev glukoze (glej razgradnjo aminokislin).
Za glukoneogenezo so izključno odgovorna jetra (v manjši meri se pojavlja tudi v ledvicah + in v črevesju); tu se z glukoneogenezo pridobi glukoza, ki se bo transportirala v različna tkiva, vse do možganov.
Sedem od desetih reakcij glikolize se pojavi v nasprotni smeri od glukoneogeneze; če bi bila glukoneogeneza ravno obratna glikolizi, bi bilo na vsaki stopnji potrebno dovajati energijo. Zato treh reakcij glikolize (zaradi energetskih razlogov) pri glukoneogenezi ni mogoče izkoristiti; namesto teh treh reakcij se druge reakcije uporabljajo z različnimi substrati, izdelki in encimi.
Reakcijo, ki vodi iz glukoze 6-fosfata v glukozo, katalizira a fosfatazo namesto kinaze; prehod iz fruktoze 1,6-bisfosfata v fruktozo 6-fosfat katalizira tudi fosfataza in ne kinaza.
Tretja reakcija, ki se razlikuje od glikolize, je tista, ki vodi do tvorbe fosfoenolpirivata iz piruvata; to se zgodi skozi piruvat karboksilaza, ki z molekulo ogljikovega dioksida podaljša ogljikovo verigo, in s pomočjo fosfoenolpiruvat karboksikinazo (energijo za ta proces zagotavlja GTP).
Recimo, da telovadite in ste odsotni od obrokov, morate za proizvodnjo energije aktivirati presnovo glukoze. Če je glukoza v krvi manjša od 5 mM, se realizira signal za potrebo po glukozi: α celice trebušne slinavke sproščajo hormon (to je majhen dipeptid) glukagon, ki po krvi doseže hepatocite (jetra); tu se aktivira glukoneogenetska pot in blokira glikoliza. Novonastala glukoza se bo sprostila v obtok in prenesla predvsem v rdeče krvne celice, živčni sistem in mišično tkivo. Glej tudi: ogljikovi hidrati in hipoglikemija.
